淺析Excel軟件在液壓泵性能實驗數據處理中的應用論文
液壓泵是液壓傳動系統(tǒng)中重要的動力元件，其性能好壞直接影響液壓系統(tǒng)的工作和可靠性，因此液壓泵性能實驗是“液壓與氣壓傳動”課程中的重要實驗，它可讓學生進一步理解液壓泵的性能，并掌握其影響因素和測試方法。目前許多高等院校都是利用QCS003B 液壓實驗臺進行液壓泵的性能實驗，該實驗臺的測量部分主要包括壓力表、功率表、流量計、溫度計等，實驗過程中都是需要人工整理計算數據和繪制曲線圖等，這些數據處理工作重復繁瑣、費時費力，所以大部分學生在理解了液壓泵性能的實驗過程后，不注重或者是沒有足夠的時間認真完成實驗數據的處理工作，致使不能很好地完成實驗目的。因此，為提高實驗效果，提高學生實驗數據的處理速度是非常關鍵的。
為了加快液壓泵性能實驗數據的處理速度，提高曲線繪制的準確性，采取了利用學生已學過的Excel軟件進行實驗數據計算和液壓泵特性曲線繪制的方法。文章簡單分析了液壓泵性能的實驗原理，重點探討了利用Excel 軟件處理實驗數據的具體方法和過程。該方法操作簡單，計算和繪圖準確，可提高實驗效率和實驗效果，并可推廣到其他實驗數據處理中。
1液壓泵性能實驗
液壓泵的性能實驗主要是測試被測泵的流量、容積效率、輸入功率、總效率等性能參數隨壓力的變化規(guī)律，以便分析其影響因素，并從中尋找合理使用的高效范圍，因此理解實驗原理并進行各參數的測量、計算、特性曲線的繪制是非常重要的。
1.1實驗原理
根據QCS003B 實驗臺液壓元件的布置，在液壓泵性能實驗中，以定量葉片泵8 作為被測試液壓泵，其性能實驗原理如圖1 液壓泵性能實驗液壓系統(tǒng)原理圖所示。為方便實驗，圖中液壓元件序號均為該實驗臺中的元件標號。
電動機M驅動被試定量液壓泵8 為系統(tǒng)供油，輸出油液經節(jié)流閥10 和流量計20 流回油箱，調節(jié)節(jié)流閥10 的開度可以改變液壓泵8 的供油壓力。液壓泵8 的出口并聯有溢流閥9 和壓力表p6，系統(tǒng)最高壓力由溢流閥9 確定，壓力表p6則顯示系統(tǒng)工作壓力。
1.2性能參數測量及計算
液壓泵性能參數主要有工作壓力、供油流量、容積效率、總效率等。結合圖1液壓泵性能實驗液壓系統(tǒng)原理圖，理解各被測參數的含義及在實驗中的測量方法，有助于加深對實驗的理解。
1)工作壓力p
壓力取決于負載，本實驗中被試液壓泵8 的工作壓力通過調節(jié)節(jié)流閥10 的開口大小對其加載確定，具體壓力大小從壓力表p6上直接讀出。
2)供油流量q
由于本實驗臺所用流量計20 是用指針和表盤指示出油液流過的容積，所以進行不同壓力下的流量測量時，還需配合秒表來確定。具體方法有兩種：
�、贉y量每分鐘指針走了多少升直接記為所測流量q;
②測量每走過固定升數所用時間，然后用兩數相除算出流量q。
3)輸出功率P 出
液壓泵輸出功率可用液壓泵工作壓力p 與所對應實際流量q 的乘積計算確定。
4)輸入功率P 入
液壓泵性能實驗液壓系統(tǒng)原理圖可以看出，液壓泵的輸入功率即為驅動電機的輸出功率。該實驗臺可用功率表19 測出電動機的輸入功率P 表，通過查閱驅動電機的效率功率曲線得出所對應功率下的電動機效率η電，兩者乘積即為所求液壓泵的輸入功率P入。
5)液壓泵的總效率η
液壓泵的總效率η可以通過液壓泵的輸出功率P 出與輸入功率P 入之比計算獲得。
6)液壓泵的容積效率ηV
液壓泵的實際流量q 與理論流量qt的比值稱為液壓泵的容積效率[5]。但在實際工作中，由于實驗環(huán)境及條件的變化，理論流量qt一般不用液壓泵設計時運轉速度及所得排量來計算，而是以空載流量代替理論流量。本實驗中空載流量是在節(jié)流閥10 的開度為最大時根據所測得參數計算出的流量。
2實驗數據采集
在理解實驗原理和每一被測參數的測量和計算方法后，根據實驗過程中采集數據和需計算的參數新建Excel工作表，并將實驗過程中讀取的液壓泵的壓力p、輸出油液容積變化5L所需時間t、電動機的輸入功率P 表的原始數據填寫在工作表中，相關實驗數據記錄表中所示。
3實驗數據處理
實驗記錄的原始數據并不是所要的結果，所以進行實驗數據處理也是一個非常重要的環(huán)節(jié)。本實驗的數據處理有兩項內容，一是計算被試液壓泵的流量q、輸出功率P 出、輸入功率P 入、容積效率ηV、總效率η等，二是繪制液壓泵的特性曲線。這兩項內容均比較繁瑣，費時費力，很難在課堂上人工順利完成，且人工繪圖不太準確。Excel軟件提供了強大的數據處理和分析功能，可以方便地計算實驗數據、繪制曲線等，學生已有這方面的基礎，因此利用Excel知識可以高效、準確地處理和分析實驗數據。
3.1計算相關數據
首先，查閱電動機的功率效率曲線，并將對應電動機輸入功率P 表的效率記錄在表1 中相應位置。然后，按計算要求在相應位置輸入泵的`流量q、輸出功率P 出、輸入功率P 入、容積效率ηV、總效率η的運算公式，即可完成一個數據的處理。最后，將光標依次置于需計算單元格的右下角，當出現一個“+”時，橫向拖動光標，就很快完成所有數據的處理。
3.2繪制并分析特性曲線
曲線比一連串數字更容易看出參數的變化趨勢，所以繪制曲線是多數實驗數據處理的一項重要內容。
1)繪制液壓泵特性曲線根據實驗結果能繪制的液壓泵特性曲線主要有液壓泵的流量、輸入功率、容積效率、總效率隨壓力的變化曲線等，即q-p、P 入-p、ηV-p、η-p 特性曲線等。為觀察每一對應壓力下的數值大小并方便分析液壓泵的總體性能，可將ηV-p、η-p 兩條效率曲線繪制在同一坐標系中，而另兩條曲線則分別在各自的坐標系中。
依次點擊菜單欄中的“插入”-“圖表”，出現“圖表向導”，選擇“XY散點圖”及“子圖表類型”，然后導入“泵的壓力”一行數據作為X軸，導入要繪制曲線的另一參數值作為Y軸，最后調整坐標軸數值并增加標題，清除網格線和背景等即得到特性曲線。導入“泵的流量”一行數據作為Y軸，可得到圖2 液壓泵的流量-壓力特性曲線;導入“泵的輸入功率”一行數據作為Y軸，可得到圖3 液壓泵的輸入功率-壓力特性曲線。
液壓泵的效率-壓力特性曲線的繪制方法與以上類似，還需在點擊“圖表向導”中再點擊“添加系列”，便可在同一坐標系中得到液壓泵的總效率和容積效率隨壓力變化的兩條曲線，如圖4 液壓泵總效率-壓力、容積效率-壓力特性曲線所示。
2)分析液壓泵特性
四條液壓泵特性曲線很容易看出：隨液壓泵工作壓力p 的增加，其輸入功率P入升高;供油流量q 和容積效率ηV逐漸降低;而液壓泵的總效率η 隨工作壓力p 的升高而升高，在5.5 MPa接近額定壓力時總效率最大為65.3%，隨后效率總逐漸下降。所以在選擇和使用該液壓泵時，應保證在壓力為3.5MPa～6.1MPa范圍內工作總效率較高。這和該液壓泵的特性非常吻合。
4應用效果
實踐發(fā)現，學生已具備Excel 知識，能利用Excel軟件完成液壓泵性能的數據處理任務，且所需時間約為原始手工方式的1/4。這種方法不僅大大減少了人工計算和描點繪圖的人為誤差，提高了實驗精度;而且可以省時省力地完成實驗數據計算和液壓泵特性曲線的繪制等數據處理任務，使學生有更多的時間觀察實驗現象和討論分析相關問題，極大地激發(fā)了學生的實驗熱情，提高了實驗效率和實驗效果，得到了實驗學生和指導老師的一致認可，而且在其它實驗數據處理中也起到了良好的效果。
5結語
利用Excel 軟件進行液壓泵性能實驗數據處理工作，操作簡單，方便快速，減少了人為誤差，數據計算準確，液壓泵特性曲線繪制清晰美觀，更好地反映了實驗原理和實驗結果，激發(fā)了學生的學習興趣，提高了實驗效果，可以推廣到其它實驗數據的處理。
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